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Mis à jour
le 05/09/16
 Comment le Soleil se couche
 

Mouvement apparent du Soleil à l’horizon

Considérons pour les explications qui suivent, que nous sommes à un équinoxe. La trajectoire du Soleil sera donc dans le plan de l’équateur.

Lorsque le Soleil se lève, on le voit décrire une trajectoire vers l’horizon, qu’on peut assimiler à une droite localement. Ce mouvement apparent est dû essentiellement à la rotation de la Terre, car on peut négliger son déplacement autour du Soleil pendant la durée d’un lever ou coucher de cet astre. Par conséquent, le Soleil semble suivre un arc de cercle centré sur l’observateur. L’observateur est donc dans le plan de ce cercle, et le voit comme une ligne.

Aux latitudes moyennes, cet angle est proche de 45°. Mais aux pôles, le trajet apparent du Soleil est parallèle à l’horizon ! C’est en fait une spirale très aplatie, montante ou descendante selon qu’on est avant ou après le solstice d’été. Par contre, à l’équateur, le Soleil se couche et se lève perpendiculairement à l’horizon. C’est-à-dire que la même spirale se fait verticalement !

On conçoit donc que la ligne d’approche du Soleil vers l’horizon n’a pas le même aspect selon la latitude. Plus précisément, à l’équateur (latitude 0°) il se couche le long de la verticale ; aux latitudes moyennes (45°), il suit une ligne inclinée de ≈ 45° sur la verticale. Enfin, au pôle nord (latitude 90°), il se couche pratiquement à l’horizontale (moyennant sa descente le long de la spirale), donc selon une ligne inclinée de 90° par rapport à la verticale. Dans tous les cas donc, le Soleil descend le long d’une ligne dont l’inclinaison par rapport à la verticale est égale à la latitude du lieu.

Partant du pôle nord, donc, le coucher de Soleil se relève vers la verticale, qu’il atteint à l’équateur. Là, on a parcouru la moitié du chemin. Que verrons-nous si nous descendons encore en direction du pôle sud ?

Lignes du soleil couchant
schéma J. Gispert

L’horizon est représenté, ainsi que les lignes de descente du Soleil couchant aux latitudes 15°, 30°, 45°, 60°, et 75°, pour les deux hémisphères, nord et sud.

La ligne bleu au-dessus de l’horizon est arbitraire. Elle représente la hauteur (au-dessus de l’horizon), à partir de laquelle la lumière du Soleil est atténuée par l’épaisseur de l’atmosphère qu’elle doit traverser. Cette atténuation s’accompagne d’un rougissement. Le Soleil se déplace le long des lignes rouges, à la même vitesse quelle que soit la latitude, puisque c’est la rotation de la Terre qui la produit. Alors, puisque la vitesse est la même partout, le temps de parcours au-dessous de cette ligne, c’est-à-dire la durée du coucher de Soleil, est bien plus long vers les pôles qu’à l’équateur. Pour les latitudes moyennes (angle par rapport à la verticale de 45°), ce temps est 1,4 fois plus long qu’à l’équateur. En considérant que le coucher de Soleil dure 1/2 heure à l’équateur, il dure 42 minutes à 45°. A 75° de latitude, le temps est 3,86 fois plus long, soit 116 minutes = près de 2 heures. Plus on s’approche du pôle, plus ce temps augmente rapidement. A 80°, il est 5,76 fois plus long, soit 2 heures 53 minutes. Enfin, à 85°, il atteint 5 heures 44 minutes. Au pôle même, la durée du coucher de Soleil ainsi déterminée serait infinie. Ceci parce que dans ce qui précède, on n’a pas tenu compte du déplacement de la Terre sur son orbite. Au pôle, le coucher de Soleil n’est pas dû à la rotation de la Terre sur elle-même, mais à son mouvement orbital !

Puisque l’angle de descente du Soleil par rapport à la verticale est égal à la latitude du lieu, son observation devrait donner cette latitude. Et c’est bien le cas, mais il faut discuter de sa précision. En effet, on observe le Soleil dans la partie la plus basse de sa course, la plus proche de l’horizon. Et par conséquent, la plus affectée par les défauts optiques de l’atmosphère.

L’un des problèmes est la déformation du disque du Soleil, dont le centre devient bien difficile à déterminer. Ce qui rend imprécise la ligne de descente.

Le problème majeur est la réfraction atmosphérique. L’image du Soleil près de l’horizon est relvée de quelques 36″ d’arc, soit un peu plus que son diamètre. L’effet est plus faible lorsque le Soleil est plus haut, à l’origine de la droite. Puisque l’extrémité basse de cette droite est relevée, l’angle est ouvert, et la latitude mesurée brutalement comme cela est plus majorée.

Pour obtenir une mesure acceptable de la latitude, il faut corriger de la réfraction atmosphérique.

Près du pôle

N’ayant pas encore eu l’occasion de passer quelques semaines au pôle (nord ou sud), il ne m’est pas possible de montrer un film représentant le coucher du soleil en ces lieux.

Un magnifique petit film, produit par Eric Fossat (je le remercie de me l’avoir donné), montre la Lune effectuer un tour complet autour de la station du Dôme C en Antarctique (75° de latitude sud). La Lune semble se déplacer horizontalement. En fait, elle tourne autour de la caméra sur un cercle faisant un angle de 15° par rapport à l’horizon (90° - 75° de latitude).


Cherchez à reconnaître les constellations familières, telles qu’on les voit de l’autre côté de la Terre ! (Scorpion, Sagittaire à droite de la Lune). Admirez les magnifiques aurores australes visibles malgré la pleine lune… Lorsque la Lune n’est pas présente à l’image, observez le mouvement des ombres. Le Soleil de minuit, en été, montrerait le même comportement (on néglige le mouvement apparent de chacun des astres en 24 heures). Le plus important est de bien se convaincre que les astres se déplacent presque horizontalement dans le ciel (exactement horizontalement au pôle même).

Sur une durée de 24 heures, le mouvement du Soleil est très semblable à celui de la lune, qui en donne donc une idée correcte. Mais comment parler de coucher ou de lever ? Ceux-ci durent une bonne semaine… pendant laquelle le Soleil descend ou monte lentement en tournant autour de l’observateur.

Marseille, latitude moyenne nord

La latitude de Marseille est de 43° 18′ N. L’angle que fait la trajectoire du soleil couchant par rapport à la verticale est égal à la latitude du lieu. Donc à Marseille, il est de 43° 18′

Coucher de soleil le 22 février 2014 à Marseille, latitude 43° 18′ Nord.
Hémisphère nord, on regarde vers l’ouest ⇒ le soleil se déplace de gauche à droite (du sud au nord).

Coucher de soleil à Marseille, film J. Gispert

On est dans l’hémisphère nord, on regarde vers l’ouest (vers le soleil couchant), donc on a le nord à droite et le sud à gauche. On voit le soleil se coucher en allant de la gauche vers la droite, donc en s’éloignant de l’équateur et en se rapprochant du pôle nord.

Près de l’équateur

Voici un autre film, réalisé au Vietnam, à la latitude de 15° 53′ N. Le trajet du soleil ne s’éloigne de la verticale que de cet angle de 15° 53′.

Coucher de soleil le 30 novembre 2012 à Hoi Han, latitude 15° 53′ Nord.
Hémisphère nord, on regarde vers l’ouest ⇒ le soleil va de gauche à droite (du sud au nord).
Coucher de soleil sur la rivière Thu Bon, Hoi Han, Vietnam, Film J. Gispert

La position du Soleil par rapport à un point fixe du paysage est mesurable sur les images. Les mesures approximatives ainsi faites donnent l’angle de la trajectoire ascendante du soleil par rapport à la verticale, de l’ordre de 18°. Cet angle doit être égal à la latitude du lieu, qui est de 15° 53′. Mesure en accord avec la théorie.

Remarquez bien que le soleil, dans sa montée, se déplace vers la droite, c’est-à-dire vers le sud, puisqu’on regarde vers l’est. Hoi Han est dans l’hémisphère nord. Dans tous les lieux de cet hémisphère, le soleil se déplace vers le sud au lever, et vers le nord au coucher. En fait, il s’éloigne au lever, et se rapproche au coucher, du pôle qui est dans cet hémisphère.

Ce film montre donc comment le soleil se lève ou se couche dans les régions proches de l’équateur. A l’équateur même, le lever serait parfaitement vertical. Ce comportement est à rapprocher de ce que l’on constate dans les latitudes moyennes (France par exemple), où le lever de soleil se fait autour de 45°.

Remarquez la brièveté du phénomène : le film s’étend sur une durée réelle de 12 minutes. Montant presque verticalement, le Soleil passe très vite de l’horizon à une hauteur déjà importante, et les magnifiques couleurs qui illuminent le ciel sont très brèves…

Dans l’hémisphère sud

Passons maintenant sous l’équateur, pour aller dans l’hémisphère sud, au Chili sur la plage d’Antofagasta. La latitude est de 23° 39′. Nous avons vu que dans l’hémisphère nord, le soleil se couche pratiquement à l’horizontale au pôle nord, à presque 45° à Marseille, et verticalement à l’équateur. Ce mouvement de bascule de la trajectoire du soleil se continue tout naturellement, pour atteindre l’horizontale au pôle sud. Par conséquent, à une latitude de 24°, le soleil doit se coucher selon un angle sur l’horizon de

Coucher de soleil le 21 février 2015 à Antofagasta, latitude 23° 39′ Sud.
Hémisphère sud, on regarde vers l’ouest ⇒ le soleil va de droite 0 gauche (du nord au sud).
Coucher de soleil à Antofagasta, Film J. Gispert

On est dans l’hémisphère sud, on regarde vers l’ouest (vers le soleil couchant), donc on a le nord à droite et le sud à gauche. On voit le soleil se coucher en allant de la droite vers la gauche, donc en s’éloignant de l’équateur et en se rapprcochant du pôle sud.

Une règle simple est à retenir :

Que ce soit dans l’hémisphère nord ou l’hémisphère sud, le Soleil :

s’éloigne de l’équateur au coucher

se rapproche de l’équateur au lever
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